KR100267123B1 - Manufacturing method for planar optical waveguides - Google Patents
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Abstract
본 발명은 평평한 광예형을 신장시켜 종래의 예형보다 실체적으로 더 작은 단면적 치수의 평평한 광유리막대를 제조하고 상기 광회로 패턴을 석판 기술을 이용하여 성취하는 평평한 광도파관에 관한 것이다.The present invention relates to a flat optical waveguide that extends flat optical preforms to produce flat optical glass rods with substantially smaller cross-sectional dimensions than conventional preforms and achieve the optical circuit pattern using lithographic techniques.
상기 광예형을 상기 기질의 홈안에 삽입하여 평평한 광예형을 제조 할 수 있다.The optical preform may be inserted into a groove of the substrate to prepare a flat optical preform.
Description
제1도는 본 공정 중에 지지를 위해 핸들(handle)을 부착시킨 기질의 개략도.1 is a schematic of a substrate with a handle attached for support during the present process.
제2도 내지 제8도는 본 발명에 따른 제조방법에서 다양한 단계에서의 평평한 광도파관의 단면도.2 to 8 are cross-sectional views of flat optical waveguides at various stages in the manufacturing method according to the invention.
제9도는 본 발명에 의하여 제조된 평평한 광도파관 형태의 광회로 패턴(pattern)의 일례를 도시한 것.9 shows an example of an optical circuit pattern in the form of a flat optical waveguide manufactured by the present invention.
제10(a)도 및 제10(b)도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것.10 (a) and 10 (b) show another embodiment of the present invention.
제11(a)도, 제11(b)도, 제11(c)도, 제12도 및 제13도는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것.11 (a), 11 (b), 11 (c), 12 and 13 show yet another embodiment of the present invention.
제14(a)도 및 제14(b)도는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것.14 (a) and 14 (b) show another embodiment of the present invention.
제15도는 기질 상에 코아 및 크래드를 함유한 광섬유 및 교차 결합 회로를 배치한 개략도이며.FIG. 15 is a schematic view of disposing an optical fiber and a cross coupling circuit containing cores and clads on a substrate.
제16(a)도 및 제16(b)도는 제15도의 A-A선에 따른 각각 두 개의 광섬유의 단면도이다.16 (a) and 16 (b) are cross-sectional views of two optical fibers along the line A-A of FIG.
[배경기술][Background]
본 발명은 평평한 광도파관(planar optical waveguide), 특히 평평한 광도파관의 혼성(hybrid) 제조방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing hybrids of planar optical waveguides, in particular flat optical waveguides.
평평한 광도파관은 광학적 내부결합시스템(inter-connection system)에서 수동소자(passive components)로 사용되어 왔다. 이러한 도파관은 실질적으로 단면이 직사각형(rectangular)이라는 점에서, 광섬유 등 원주형의 절연성(dielectric) 도파관과는 구별되어진다. 상기 도파관을 제조하는 종래의 방법은 일반적으로 비경제적이고, 엄격한 제조 감독을 필요로 하며, 그 결과 생성된 도파관은 광섬유와 비교했을 때 광손실(optical losses)이 상대적으로 높았다.Flat waveguides have been used as passive components in optical inter-connection systems. Such a waveguide is distinguished from a cylindrical dielectric waveguide such as an optical fiber in that the waveguide is substantially rectangular in cross section. Conventional methods of making such waveguides are generally uneconomical and require strict manufacturing oversight, with the resulting waveguides having relatively high optical losses as compared to optical fibers.
평평한 광도파관을 제조하는 종래의 방법에서는 제1굴절율(refractive index)을 갖고, 형성된 평평한 광도파관의 미리 선정된 최종치수(preselected final dimensions)를 갖는 기질을 사용한다. 상기 기질의 굴절율과 다른 제2굴절율을 갖는 물질들은 당해 기술분야에서 널리 알려진 표준 수트침적기술(standard soot deposition techniques)을 포함한 다양한 방법을 사용하여 기질에 적용된다. (참고문헌 : Keck 등의 미국특허 제3,806,223호 및 제3,934,061호) 상기 미리 선정된 굴절율 차이는 다음의 하나 또는 그 이상으로 도프된 실리카를 사용함으로써 달성된다.Conventional methods of making flat optical waveguides employ substrates having a first refractive index and having preselected final dimensions of the formed flat optical waveguide. Materials having a second refractive index different from the refractive index of the substrate are applied to the substrate using a variety of methods including standard soot deposition techniques well known in the art. (Reference: US Pat. Nos. 3,806,223 and 3,934,061 to Keck et al.) The predetermined refractive index differences are achieved by using one or more of the following doped silicas.
산화 티타늄(titanium oxide), 산화 탄탈륨(tantalum oxide), 산화 주석(tinoxide), 산화 니오븀(niobium oxide), 산화 지르코늄(zirconium oxide), 산화 알루미늄(aluminum oxide), 산화 란탄(lanthanum oxide), 산화 게르마늄(germanium oxide) 또는 다른 적절한 굴절율 변환 도펀트(dopant) 물질.Titanium oxide, tantalum oxide, tin oxide, niobium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, lanthanum oxide, germanium oxide (germanium oxide) or other suitable refractive index conversion dopant material.
상기 평평한 도파관 내부의 광회로(optical circuit)는 통상적으로 Izawa 등의 미국특허 제4,425,146호에 기재된 바와 같이, 반도체(semiconductor) 장치의 제조에 사용된 것과 유사한 석판공정(lithographic process)에 의해 형성된다. 또 다른 선행기술 방법은 미국 특허 제3,873,339호(Hudson)에 기재되어 있는데, 상기 특허에서는 초점을 맞춘 레이저빔은 미리 선정된 광회로의 부분을 형성하는 물질을 용융시키는데만 사용하고, 잔존하는 용융되지 않은 물질은 세척(cleaning) 또는 에칭(etching) 방법에 의해 제거한다. 상기 석판기술의 사용은 반도체 장치의 제조에서는 널리 통용되어 있다. 상기 기술들은 상세한 패턴(본 발명의 경우에는 광회로 패턴)이 제조될 수 있기 때문에 유용하다.An optical circuit inside the flat waveguide is typically formed by a lithographic process similar to that used in the manufacture of semiconductor devices, as described in US Pat. No. 4,425,146 to Izawa et al. Another prior art method is described in U.S. Patent No. 3,873,339 (Hudson), wherein the focused laser beam is used only to melt the material forming part of the preselected optical circuit, and the remaining melt does not melt. Unused material is removed by cleaning or etching methods. The use of the slab technique is widely used in the manufacture of semiconductor devices. The above techniques are useful because detailed patterns (in the case of the invention, optical circuit patterns) can be produced.
상기 석판공정은 바람직한 전기회로 또는 광회로를 제조하는데 필요한 물질을 포함한 구조물로부터 시작된다. 상기 구조물에 감광성(photo-resistive) 물질을 입힌다. 상기 감광성 물질은 감광성 물질의 일부분을 선택적으로 노출시키는 마스크(mask)를 이용하여 빛에 노출된다. 상기 마스크는 바람직한 회로 패턴의 모양이다. 상기 노출된 감광성 물질은 사용된 감광성 물질의 유형을 위해 고안된 현상액(developing solution)에서 현상된다. 그 다음, 상기 기본 구조를, 예를 들어, 반응성 이온 에칭(reactive ion etching)으로 에칭하여 상기 마스크 패턴이 기본 구조물에 전사(transfer)되도록 한다.The lithography process starts with a structure that contains the materials needed to make a preferred electrical or optical circuit. The structure is coated with a photo-resistive material. The photosensitive material is exposed to light using a mask that selectively exposes a portion of the photosensitive material. The mask is in the shape of a preferred circuit pattern. The exposed photosensitive material is developed in a developing solution designed for the type of photosensitive material used. The base structure is then etched, for example by reactive ion etching, so that the mask pattern is transferred to the base structure.
평평한 광도파관을 제조하는 경우에, 감광성 물질을 적용하기 전에 크롬과 같은 합금 물질이 통상적으로 기본 구조물에 코팅된다. 상기 크롬 층은 감광성 물질만으로는 광회로를 기본 유리 구조물에 에칭하는데 필요한 에칭 조건을 견딜 수 없기 때문에 필요하다. 상기 감광성 물질을 상술한대로 노출시키고 현상하며, 크롬 에칭용액(chrome etching solution)을 사용하여 상기 광패턴을 중간의 크롬층에 전사시킨다. 그 후에, 예를 들면, 반응성 이온 에칭을 사용하여 상기 광학 패턴을 상기 기본 유리 구조물에 전사시킨다.In the case of manufacturing flat optical waveguides, an alloying material, such as chromium, is usually coated on the base structure before applying the photosensitive material. The chromium layer is necessary because the photosensitive material alone cannot withstand the etching conditions required to etch the optical circuit into the underlying glass structure. The photosensitive material is exposed and developed as described above, and the optical pattern is transferred to an intermediate chromium layer using a chrome etching solution. Thereafter, the optical pattern is transferred to the base glass structure using, for example, reactive ion etching.
이러한 각각의 종래의 에칭 방법들은 상기 도파관의 코아 영역을 형성하기 위해 매우 얇은 층을 적용하는 것을 포함한다. 상기 코아 영역은 상기 도파관을 따라 빛의 대부분을 안내한다. 상기 제조공정에서 작은 교란(perturbation)은 결과적으로 매우 높은 광학 손실, 특히, 평평한 광도파관에 부착되어 있는 광섬유에 비해 상대적으로 높은 광학손실을 갖는 불균일한 코아 구조가 될 수 있다. 그러므로, 종래의 방법에서는 미리 선정된 코아 영역의 두께를 얻기 위해서는 침적공정(deposition process)에 대한 엄격한 조절이 필요하다. 특히, 10㎛ 이하의 코아 직경을 가진 섬유를 사용하는 단일-모드(single-mode) 시스템에 사용하는 평평한 광도파관을 제조하는 경우에 더 필요하다.Each of these conventional etching methods involves applying a very thin layer to form the core region of the waveguide. The core region guides most of the light along the waveguide. Small perturbations in the manufacturing process can result in non-uniform core structures with very high optical losses, in particular relatively high optical losses compared to optical fibers attached to flat optical waveguides. Therefore, in the conventional method, a strict control on the deposition process is required to obtain the thickness of the predetermined core area. In particular, there is a further need in the manufacture of flat optical waveguides for use in single-mode systems using fibers having a core diameter of 10 μm or less.
평평한 광도파관을 제조하는 종래의 방법에 내재하는 문제점은 다음과 같다.Problems inherent in the conventional method of manufacturing flat optical waveguides are as follows.
1. 광손실이 광섬유의 손실과 비교해서 상대적으로 높다.1. The light loss is relatively high compared to the loss of optical fiber.
2. 상기 광손실을 최소로 유지하기 위해 고가의 제조 감독이 필요하다.2. Expensive manufacturing supervision is necessary to keep the light loss to a minimum.
3. 디자인(design) 및 결합구조(geometries)가 한정되어 있다.3. Design and geometries are limited.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 방법에 의해 제조된 것보다 더 낮은 광손실을 갖는 평평한 광도파관을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 개량된 광학 성능과 석판기술의 사용을 통한 대량 생산 능력을 결합하여 종래보다 더욱 경제적인 공정을 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 다양한 형태의 코아층 및 다양한 굴절율 프로파일(profile)을 갖는 평평한 광도파관을 제공하여 다양한 분야에 사용되도록 하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a flat optical waveguide with lower light loss than that produced by conventional methods. Another object of the present invention is to provide a more economical process than before by combining improved optical performance and mass production capacity through the use of lithographic technology. It is still another object of the present invention to provide a flat optical waveguide having various types of core layers and various refractive index profiles for use in various fields.
[발명의 요약][Summary of invention]
상기의 목적과 그 외의 목적은 적어도 두 개의 굴절율을 갖는 유리들로 된 평평한 용용 유리 구조물을 형성한 다음, 구조물의 두께를 감소시켜 미리 선정된 최종치수의 평평한 광유리막대(planar optical cane)를 제조하여 광도파관 제조에 사용되는 유리 블랭크를 제조하는 공정에 의해 달성된다.The above and other objectives are to form a flat molten glass structure of glass having at least two refractive indices, and then to reduce the thickness of the structure to produce a planar optical cane of a predetermined final dimension. Is achieved by a process for producing a glass blank used for optical waveguide manufacture.
본 발명의 다른 목적은 제1굴절율을 갖는 유리 기질과 다른 굴절율을 갖는 제2유리 영역을 결합하여 평평한 구조물을 형성하는 단계, 미리 선정된 최종치수를 갖는 평평한 광유리막대를 제조하기 위하여 평평한 구조물을 가열하고 신장시키는 단계, 그 위에 미리 선정된 광회로를 제조하기 위하여 석판기술을 사용하여 평평한 광유리막대로부터 물질을 제거하는 단계 및 물질이 제거된 적어도 하나의 영역 위에서 유리막대를 추가적인 물질영역과 결합하는 단계로 이루어진 평평한 광도파관을 제조하기 위한 공정을 제공하는 것이다. 본 발명의 한 실시예에서, 평평한 구조물은 적어도 하나의 광섬유 예형을 상기 유리 기질에 있는 적어도 하나의 슬롯 내에서 위치시킴으로써 형성된다.Another object of the present invention is to form a flat structure by combining a glass substrate having a first refractive index and a second glass region having a different refractive index to form a flat structure having a predetermined final dimension. Heating and stretching, removing material from the flat optical glass rod using lithographic technology to produce a preselected optical circuit thereon, and combining the glass rod with additional material regions on at least one region from which the material has been removed. It is to provide a process for manufacturing a flat optical waveguide consisting of a step. In one embodiment of the invention, the flat structure is formed by placing at least one optical fiber preform within at least one slot in the glass substrate.
상기의 “평평한 광유리막대(planar optical cane)”는 미리 선정된 굴절율 프로파일을 갖는 고화된 몸체(consolidated body)를 신장시켜서 제조된 구조물을 말하는 것으로서, 상기 고화된 몸체의 단면 직경은 감소하고, 상기 고화된 몸체의 미리 선정된 굴절율 파일은 그것이 신장된 후에 평평한 광유리막대에 비례하여 존재한다.The "planar optical cane" refers to a structure manufactured by stretching a solidified body having a predetermined refractive index profile, wherein the cross-sectional diameter of the solidified body is reduced, and The preselected refractive index file of the solidified body is present in proportion to the flat light glass rod after it is stretched.
[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention
본 발명에 첨부된 도면은 요소들의 크기 또는 상대적인 비율을 표시하기 위한 것은 아니다.The accompanying drawings are not intended to indicate the size or relative proportions of the elements.
본 발명은 평평한 광도파관을 제조하기 위하여 혼성(hybrid) 공정을 사용한다. 상기 공정은 제1도에 도시한 바와 같이 기질로부터 시작한다. 상기 기질은 최종적인 평평한 광도파관에 바람직한 것보다 실질적으로 큰 치수를 갖는 것이 필수적이다. 상기 기질의 물질은 도파관 전도체(conductors) 및 필름(films)으로서 사용된 물질의 열적 및 기계적 특성에 조화되도록 선택된다. 통상적으로, 상기 기질은 실리카로 제조되는 것이 필수적일 것이다. 그러나, 약간의 불소 조성물을 포함하는 도파관 전도성 물질로 기질의 물질로서 브로실리케이트(borosilicate) 또는 소다석회유리(soda lime glass)를 사용하는 것이 가능하다. 제조공정 동안에 조종을 용이하게 하기 위해 핸들(2 및 3)을 부착할 수 있다.The present invention uses a hybrid process to produce flat optical waveguides. The process starts with the substrate as shown in FIG. It is essential that the substrate has substantially larger dimensions than desired for the final flat optical waveguide. The material of the substrate is selected to match the thermal and mechanical properties of the material used as waveguide conductors and films. Typically, it will be necessary for the substrate to be made of silica. However, it is possible to use borosilicate or soda lime glass as the material of the substrate as a waveguide conductive material comprising some fluorine composition. Handles 2 and 3 may be attached to facilitate steering during the manufacturing process.
상기 공정에 있어서, 다음 단계는 기질의 굴절율과는 다른 굴절율을 갖는 하나 이상의 물질층을 기질 표면에 적용하는 것이다. 통상적으로, 미리 선정된 굴절율 차이는 다음의 하나 또는 그 이상의 도프된 실리카를 사용하여 달성된다; 산화 티타늄(titanium oxide), 산화 탄탈륨(tantalum oxide), 산화 주석(tin oxide), 산화 니오븀(niobium oxide), 산화 지르코늄(zirconium oxide), 산화 알루미늄(aluminum oxide), 산화 란탄(lanthanum oxide), 산화 게르마늄(germanium oxide), 불소(fluorine) 또는 다른 적절한 굴절율 변환 도펀트(dopant) 물질.In the process, the next step is to apply one or more layers of materials to the substrate surface having a refractive index that is different from the refractive index of the substrate. Typically, the predetermined refractive index difference is achieved using one or more of the following doped silicas; Titanium oxide, tantalum oxide, tin oxide, niobium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, lanthanum oxide, oxide Germanium oxide, fluorine or other suitable refractive index conversion dopant material.
다른 목적을 위한 도펀트가 사용될 수 있는데, 예를 들면, 광신호의 증폭을 위한 에르븀(erbium) 또는 네오디뮴(neodymium)이 사용될 수도 있다. 또한, 불소유리와 같은 다른 조성물을 사용할 수 있고, 기질은 광도파관 전도성 물질의 열적 및 기계적 특성과 조화되는 파이렉스(Pyrex) 유리, 소다석회유리 등으로부터 형성될 수 있다. 수트는 표준 수트 생성기술을 사용하여 적용될 수 있고, 단지 한 면에 또는 기질을 회전시켜 모든 면에 적용될 수 있다. 그렇게 적용된 물질층은 바람직하게는 제2도에 도시한 바와 같이, 경계층(4), 코아층(5) 및 크래드 층(6)으로 이루어진다.Dopants for other purposes may be used, for example, erbium or neodymium may be used for the amplification of optical signals. In addition, other compositions such as fluorine glass can be used, and the substrate can be formed from Pyrex glass, soda-lime glass, and the like, which is compatible with the thermal and mechanical properties of the optical waveguide conductive material. The soot may be applied using standard soot production techniques and may be applied to all sides only on one side or by rotating the substrate. The material layer so applied preferably consists of a boundary layer 4, a core layer 5 and a cladding layer 6, as shown in FIG. 2.
기질 상에 물질층을 적용하는데 다른 기술들, 예를 들어, 플라즈마-강화 CVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition), 졸-겔(sol-gel), 저압 CVD 또는 스퍼터링(sputtiring) 등이 사용될 수 있다.Other techniques may be used to apply the material layer on the substrate, for example plasma-enhanced chemical vapor deposition (CVD), sol-gel, low pressure CVD or sputtering, and the like. .
경계층(4)의 사용여부는 상기 기질(1)의 굴절율 및 손실 특성에 따라 달라진다. 만일, 기질(1)과 코아층(5) 사이의 굴절율의 차이가 너무 작으면 경계층(4)의 물질은 경계층과 코아층 사이의 굴절율 차이가 결과적인 평평한 광도파관에 입사하는 대부분의 빛이 코아층(5)을 따라 통과하기에 충분한 정도로 선택된다. 크래드 층(6)의 굴절율도 코아층(5)을 통해 효과적인 도파관 전파를 할 수 있도록 선택한다.The use of the boundary layer 4 depends on the refractive index and the loss characteristics of the substrate 1. If the difference in the refractive index between the substrate 1 and the core layer 5 is too small, the material of the boundary layer 4 is the core of most of the light incident on the flat waveguide resulting in the difference in refractive index between the boundary layer and the core layer. It is selected to a degree sufficient to pass along layer 5. The refractive index of the cladding layer 6 is also selected to allow effective waveguide propagation through the core layer 5.
상기 적용 단계의 또 다른 방법은 졸-겔 또는 슬러리 주조기술(slurry casting techniques)을 사용하여, 제10(a)도에 도시된 바와 같이, 기질(1)의 표면내로 파낸 치수 홈(10)(dimensional slots)에 적용된 물질(11)을 위치시키는 것이다. 치수 홈은, 예를 들면, 호의 크기에 따라 석판기술 또는 주사위 톱(dicing saw)을 사용하여 기질의 표면을 파내는 것이다.Another method of the application step is using a sol-gel or slurry casting techniques, as shown in FIG. 10 (a), a dimensional groove 10 (excavated into the surface of the substrate 1) ( The material 11 applied to the dimensional slots is positioned. A dimension groove is to dig a surface of a substrate using, for example, lithography or a dice saw, depending on the size of the arc.
상기 물질을 적용한 후에, 노(furnace)에서 상기 구조물을 가열하여 상기 굴절율 생성 물질을 용융하고 평평한 광예형을 제공한다. 상기 용융 공정은 바람직하게는 다양한 수트 층에서 도펀트의 확산을 감소시키기 위하여 빨리 이루어져야 한다. 만일, 수트 층의 탈수(dehydrate)가 바람직하다면, 염소 분위기(chlorine atmosphere)에서 상기 용융 단계를 수행할 수 있다. 이러한 탈수 공정의 일예가, D. R. Rowers의 미국특허 제4,165,223호에 상세하게 기재되어 있다. 상기 용융된 구조물은 연화점(softening point)까지 가열되고 미리 선정된 최종치수의 평평한 광유리막대를 제조하기 위해 신장시킨다. 통상적으로 포함된 감쇄비(reduction ratios)는 50:1 또는 그 이하이며, 바람직하게는 10:1∼20:1의 범위이다. 상기 용융된 구조물의 연화점 및 종횡비(aspect ration)(폭:높이)는 상기 감쇄 단계 동안 기하학적 비틀림(geometric distortion)을 피하기 위하여 선택하여야 한다. 제3도에 도시한 바와 같이, 날카로운 형상 대신 둥근 모서리를 사용하으로써 기하학적 비틀림을 감소시킬 수 있다.After applying the material, the structure is heated in a furnace to melt the refractive index generating material and provide a flat photoform. The melting process should preferably take place quickly to reduce the diffusion of dopants in the various soot layers. If dehydrate of the soot layer is desired, the melting step can be carried out in a chlorine atmosphere. One example of such a dehydration process is described in detail in US Pat. No. 4,165,223 to D. R. Rowers. The molten structure is heated to a softening point and stretched to produce a flat glass rod of predetermined final dimensions. Typically included reduction ratios are 50: 1 or less, preferably in the range of 10: 1 to 20: 1. The softening point and aspect ratio (width: height) of the molten structure should be chosen to avoid geometric distortion during the attenuation step. As shown in Figure 3, by using rounded corners instead of sharp shapes, geometric distortion can be reduced.
상기 평평한 광유리막대 상에 석판기술을 사용하여 미리 선정된 광회로를 제조한다. 제4도에 도시한 바와 같이, 금속 또는 합금 코팅 물질(7) 및 유기 감광성 코팅(8)을 상기 평평한 광유리막대에 적용한다. 그 후에, 상기 평평한 광유리막대 위에 매스터 마스크를 정렬시키고, 통상의 광-석판 기술에 의해 매스터 마스크 패턴을 유기 감광성 코팅으로 전사시킨다. 노출된 유기 감광성 코팅은 현상액에서 평평한 광유리막대를 세척하여 제거하고, 노출된 영역에 있는 합금 코팅은 상용의 크롬 식각액을 사용하여 제거한다. 이러한 코팅을 제거한 후에, 평평한 광유리막대에 남아 있는 유일한 코팅은, 제5도에 도시한 바와 같이, 매스터 마스크의 패턴에 있는 것이다. 남아 있는 어떠한 유기 감광성 물질도 아세톤으로 세척해서 제거한다. 예를 들어, 제6도에 도시한 바와 같이, 반응성 이온 에칭법으로 상기 패턴을 평평한 광유리막대 위에 전사시킨다.A preselected optical circuit is fabricated using the slab technique on the flat optical glass rod. As shown in FIG. 4, a metal or alloy coating material 7 and an organic photosensitive coating 8 are applied to the flat light glass rod. Thereafter, the master mask is aligned on the flat light glass rod and the master mask pattern is transferred to the organic photosensitive coating by conventional photo-slab techniques. The exposed organic photosensitive coating is removed by washing the flat glass bar in the developer, and the alloy coating in the exposed area is removed using a commercially available chromium etchant. After removing this coating, the only coating remaining on the flat light glass rod is in the pattern of the master mask, as shown in FIG. Any remaining organic photosensitive material is washed off with acetone. For example, as shown in FIG. 6, the pattern is transferred onto a flat light glass rod by a reactive ion etching method.
본 발명의 하나의 실시예에서, 제9도에 도시된 바와 같이, 에칭을 완결한 후에, 상기 제2유리의 원하지 않는 부분을 제거하고, 에칭되지 않은 유리막대의 상대적으로 넓은 부분을 평평한 광도파관의 측면 모서리(lateral edges)에 남아 있도록 에칭 단계를 수행한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 에칭으로 도파로(waveguide paths, 15, 16 및 17) 부근의 15∼30㎛ 폭의 홈(trenches, 33)을 제거한다. 상기 부분은 그 후의 공정 동안 미리 선정된 광회로를 물리적인 손상으로부터 보호하는데 도움이 된다.In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 9, after completing the etching, the unwanted portion of the second glass is removed, and the relatively wide portion of the unetched glass rod is removed from the flat waveguide. The etching step is performed to remain at the lateral edges. In a preferred embodiment of the present invention, etching removes 15-30 μm wide trenches 33 in the vicinity of waveguide paths 15, 16 and 17. This portion helps to protect the preselected optical circuit from physical damage during subsequent processing.
남아 있는 어떠한 합금 코팅도 상업적인 크롬 식각액을 사용하여 제거한다. 예를 들어, 제7도에 도시한 바와 같이 통상의 수트 침적 기술 또는 플라즈마 강화 CVD, 졸겔, 저압 CVD 또는 스퍼터링과 같은 다른 박막기술을 사용하여 오버크래드(overclad) 층(9)을 평평한 광도파관에 적용한다.Any remaining alloy coating is removed using a commercial chrome etchant. For example, as shown in FIG. 7, the optical waveguide of the overclad layer 9 can be flattened using conventional soot deposition techniques or other thin film techniques such as plasma enhanced CVD, sol-gel, low pressure CVD or sputtering. Applies to
바람직한 실시예에서, 상기 기질은 1.458의 굴절율의 두께 1/2인치, 폭 2인치, 길이 14인치의 초기 치수를 갖는 용융된 실리카 조각(slab)이다. 상기 기질로 형태를 만들고 통상의 유리 분쇄(grinding) 기술을 사용하여 직사각형의 단면으로 만든다. 예를 들어, T08(사용의 분쇄 실리카) 막대(rod)로 제조한 핸들(2 및 3)은 불꽃하에서 핸들을 기질에 용융 시켜서 기질에 부착시킨다. 상기 핸들로 상기 기질을 유리작업선반(glass-working lathe)에 올려 놓을 수 있게 된다.In a preferred embodiment, the substrate is a fused silica slab with initial dimensions of 1/2 inch thickness, 2 inches wide, 14 inches long with a refractive index of 1.458. The substrate is shaped and shaped into rectangular cross sections using conventional glass grinding techniques. For example, handles 2 and 3 made of T08 (pulverized silica in use) rod melt the handle to the substrate and adhere to the substrate under flame. The handle allows the substrate to be placed on a glass-working lathe.
상기 유리작업선반은 버너를 장착하여 J.F. Hyde의 미국특허 제2,272,342호 및 M.E. Nordberg의 미국특허 제2,326,059호에 기재된 것과 유사한 불꽃 가수분해/산화(flame hydrolysis/oxidation) 공정을 수행한다. 화학 반응물을 상기 버너로 이동시키는데 종래의 기화기(vaporizer) 또는 분수식 꼭지(bubbler) 장치를 사용한다.(참조: Blankenship의 미국특허 제4,314,837호 및 Schultz의 미국특허 제3,826,560호) 상기 버너는 Moltzan의 미국특허 제3,698,936호에 기재되어 있는 것과 유사한데, 상기 버너에 의해 제조된 불꽃의 온도 특성에 대한 논의는 M.Elder 및 D.Powers의 “광도파관 불꽃의 이점”, 1986년 애틀랜타 조지아 74페이지의 「광섬유 통신의 1986년 회의의 기술 요약」에서 찾을 수 있다.The glass working shelf is equipped with a burner to J.F. Hyde, US Pat. No. 2,272,342 and M.E. A flame hydrolysis / oxidation process similar to that described in Nordberg's US Pat. No. 2,326,059 is performed. Conventional vaporizers or fountain bubbler devices are used to transfer chemical reactants to the burners. See US Pat. No. 4,314,837 to Blankenship and US Pat. No. 3,826,560 to Schultz. Similar to that described in US Pat. No. 3,698,936, a discussion of the temperature characteristics of the flame produced by the burner is described in M. Elder and D. Powers' “Benefits of Light Waveguide Sparks,” Atlanta Georgia, page 1986, page 74 Technical Summary of the 1986 Conference on Fiber Optic Communications ”.
제2도 내지 제7도에서 도시한 경계층(4)은 상기 기질이 용융된 구조물은 실리카이고 코아층(5)의 굴절율에 대하여 필요한 굴절율을 가지고 있기 때문에 필요하지 않다. 본 예에서 사용된 경계층이 없는 유리막대의 단면은 제8도에 도시하였다. 본 예에서 사용된 석판 공정을 기술한 제2도 내지 제7도를 참고하늘 것은 단지 편의를 위한 것인데, 제2도 내지 제7도는 본 예에서 사용하지 않은 경계층을 보여주기 때문이다. 약 1.464의 굴절율을 가지며 SiO2및 8질량%의 GeO2로 구성된 약 100㎛ 두께의 코아층(5)을 상기 기질에 적용한다. 그 후에, 약 100㎛ 두께의 순수한 실리카 수트의 크래드층(6)을 상기 코아층 위에 적용한다.The boundary layer 4 shown in FIGS. 2 to 7 is not necessary because the structure in which the substrate is molten is silica and has the necessary refractive index with respect to the refractive index of the core layer 5. The cross section of the glass rod without the boundary layer used in this example is shown in FIG. Reference is made to FIGS. 2 through 7 describing the slab process used in this example for convenience only, since FIGS. 2 through 7 show a boundary layer not used in this example. A core layer 5 of about 100 μm thickness having a refractive index of about 1.464 and composed of SiO 2 and 8 mass% GeO 2 is applied to the substrate. Thereafter, a cladding layer 6 of pure silica soot about 100 μm thick is applied over the core layer.
결과적인 구조물은 약 1540℃의 온도에서 약 20분 동안 노에 위치시켜 상기 코아 및 상기 크래드층을 용융시킨다.The resulting structure is placed in a furnace for about 20 minutes at a temperature of about 1540 ° C. to melt the core and the clad layers.
용융된 구조물은 수직노(vertical furnace)에 배치시키고 약 2100℃로 가열한다. 상기 용융된 구조물을 신장시키는 고정(gripping) 및 인장(pulling) 기계를 두 번째 노에 장착한다. 상기 용융된 구조물을 상기 용융된 구조물의 온도를 연화점까지 상승시키는 고온 영역으로 하강시킨다. 상기 인장 메카니즘은 상기 용융된 구조물을 고온 영역으로 하강시키는 속도보다 더 빠른 속도로 상기 구조물의 바닥부를 상기 노의 고온 영역의 외부로 인장시킴으로써 상기 용융된 구조물을 신장시킨다. 상기 용융된 그 폭 및 두께가 감소하는 반면 그 길이가 증가하여 신장된다. 따라서, 평평한 광유리막대는 약 0.16인치의 폭, 0.04인치의 두께 및 30인치의 길이로 제조된다. 유리의 코아층의 결과적인 두께는 6∼8㎛이다. 또 다른 실시예에서, 코아층은 8∼9㎛일 수 있다. 하나의 평평한 광유리막대로부터 제조될 수 있는 각각의 평평한 광학 장치의 수는 제조되는 장치의 형태에 달려있다. 예를 들어, 제9도에 도시한 바와 같이, 3㏈ 스프리터(splitter)는 약 1인치의 길이여서 장치의 폭에 일치하는 신장된 폭을 갖는 하나의 평평한 광유리막대는 약 30개의 장치를 제조할 수 있다.The molten structure is placed in a vertical furnace and heated to about 2100 ° C. A second furnace is equipped with a gripping and pulling machine to stretch the molten structure. The molten structure is lowered to a high temperature region that raises the temperature of the molten structure to a softening point. The tensioning mechanism stretches the molten structure by pulling the bottom of the structure out of the high temperature region of the furnace at a rate faster than the rate at which the molten structure is lowered into the hot region. The molten width and thickness thereof decrease while its length increases and elongates. Thus, the flat light glass rod is fabricated about 0.16 inches wide, 0.04 inches thick and 30 inches long. The resulting thickness of the core layer of glass is 6-8 μm. In yet another embodiment, the core layer may be 8-9 μm. The number of each flat optical device that can be manufactured from one flat light glass rod depends on the type of device being manufactured. For example, as shown in FIG. 9, a 3 microliter splitter is about 1 inch long so that one flat light glass rod having an elongated width that matches the width of the device can produce about 30 devices. Can be.
상기 평평한 광유리막대는 탈이온수, 아세톤 및 1∼2%의 HF의 용액에서 반복적으로 세척한다. 뉴욕 10962의 오렌지버그에 위치한 물질연구협회(Materials Research Corporation)에서 제조된 크롬 타겟(Chrome Target) 같은 약 2000Å 두께의 크롬 코팅(7)은 RF-스퍼터링(sputtering) 기술을 사용하여 평평한 광유리막대에 적용한다. 그 다음 메사추세츠 뉴톤에 위치한 쉬프레이 컴퍼니(Shipley Company)에 의해 제조된 S1400-17 같은 유기 감광성 코팅(8)이 3000rpm으로 크롬 표면에 스핀(spin) 코팅된다. 상기 코팅된 평평한 광유리막대는 110℃에서 20분 동안 오븐(oven)에서 굽는다.The flat optical glass rod is washed repeatedly in a solution of deionized water, acetone and 1-2% HF. A chromium coating (approximately 2000 microns thick), such as the Chrome Target manufactured by the Materials Research Corporation in Orangeburg, 10962, New York, was applied to flat glass rods using RF-sputtering technology. Apply. An organic photosensitive coating 8, such as S1400-17, manufactured by the Shipley Company, Newton, Mass., Is then spin coated onto the chromium surface at 3000 rpm. The coated flat glass bar is baked in an oven at 110 ° C. for 20 minutes.
종래의 기술을 사용하여, 매스터 광회로 마스크는 미리 선정된 광회로 패턴으로 제조된다. 상기 광회로 패턴의 일 예가 제9도에 도시되어 있다. 상기 예의 광 패턴은 널리 알려진 3㏈ 스프리터 장치가 된다. 빛은 입구(15)를 통해 상기 장치로 들어간다. 상기 빛의 일부는 출구(16)로 나가고 나머지 일부는 출구(17)로 나간다.Using conventional techniques, the master optical circuit mask is manufactured in a preselected optical circuit pattern. An example of the optical circuit pattern is shown in FIG. The light pattern of the above example becomes a well known 3 kHz splitter device. Light enters the device through the inlet 15. Some of the light exits to exit 16 and some of it exits to exit 17.
본 발명의 하나의 실시예에서, 코팅된 평평한 광유리막대는 석판기계로 공급된다. 상기 기계는 상기 유리막대를 매스터 광회로 마스크와 정렬시키고 상기 유기 감광성 코팅을 자외선에 노출시킨다. 상기 미리 선정된 광회로 패턴은 그로 인해 상기 유기 감광성 코팅으로 전사된다. 상기 패턴은 매사추세츠 뉴톤에 위치한 쉬프레이 컴퍼니(Shipley Company)에 의해 제조된 마이크로포짓 352 현상제(Microposit 352 developer) 같은 감광성 현상제를 사용하는 유기 감광성 코팅에서 현상된다. 코팅된 유리막대는 탈이온수에서 행구어지고 건조된다. 또한, 노출된 포지티브(positive) 유기 감광성 코팅은 상기 단계 동안 제거된다.In one embodiment of the invention, the coated flat glass pane is fed to a slab machine. The machine aligns the glass rod with a master optical circuit mask and exposes the organic photosensitive coating to ultraviolet light. The preselected optical circuit pattern is thereby transferred to the organic photosensitive coating. The pattern is developed in an organic photosensitive coating using a photosensitive developer such as the Microposit 352 developer manufactured by the Shipley Company, Newton, Massachusetts. The coated glass rod is rinsed in deionized water and dried. In addition, the exposed positive organic photosensitive coating is removed during this step.
상기 평평한 광유리막대의 노출된 영역에서 크롬 코팅은 캘리포니아 서니베일에 위치한 KTI 화학 주식회사에서 제조된 크롬 에치(Chrome Etch) 같은 상용의 크롬 에칭 용액을 사용하여 제거한다. 그 후에, 잔존하는 유기 감광성 코팅은 아세톤에서 상기 평평한 광유리막대를 세척하고, 탈이온수에서 헹구고 건조함으로써 제거된다. 그 결과, 상기 평평한 광유리막대는 미리 선정된 광회로의 패턴에서 크롬 코팅을 갖는다.The chromium coating in the exposed area of the flat glass glass rod is removed using a commercial chrome etch solution such as Chrome Etch manufactured by KTI Chemicals, Sunnyvale, California. Thereafter, the remaining organic photosensitive coating is removed by washing the flat light glass rod in acetone, rinsing in deionized water and drying. As a result, the flat optical glass rod has a chromium coating in the pattern of the preselected optical circuit.
상기 평평한 광유리막대의 보호되지 않는 유리 영역은 반응성 이온 기술을 사용하여 에칭된다. 상기 잔존하는 크롬 코팅은 상업적 크롬 에칭 용액을 사용하여 제거된다. 상기 평평한 광유리막대는 탈이온수, 상용의 유리 세척제 및 1∼2%의 HF용액에서 세정되고(scrubbed), 탈이온수에서 헹구어지고 건조된다.The unprotected glass region of the flat light glass rod is etched using reactive ion technology. The remaining chromium coating is removed using a commercial chromium etching solution. The flat light glass rod is scrubbed in deionized water, a commercial glass cleaner and 1-2% HF solution, rinsed and dried in deionized water.
그 후에, 적어도 약 15㎛의 오버크래드층(9)(제7도)은 통상적인 수트 침적 기술에 의해 광회로 위에 적용된다. 만약, 피그테일 어레이(pigtail arrays)에 수동 어라이먼트(passive alignment)가 필요하다면, 약 62.5㎛의 오버 크래드층(9)이 적용되어야 한다. 상기 오버크래드층(9)은 용융 온도를 감소시키기 위해 약 8질량%의 B2O2로 도프되고, 약 1.458의 굴절율이 되도록 약 1질량%의 GeO2로 도프되는 실리카이다. 1.3∼1.55㎛에서 단일 모드 작동과는 다른 도파관을 제조하기 위하여 상기 도펀트 레벨(level)은 적절하게 조정되어야 한다. 상기 크래딩 물질은 약 1320℃의 온도에서 약 20분 동안 용융되어 평평한 광도파관이 되고 크래드 층에 어떤 빈틈도 남기지 않고 광회로를 덮는다.Thereafter, an overclad layer 9 (FIG. 7) of at least about 15 [mu] m is applied over the optical circuit by conventional soot deposition techniques. If passive alignment is required for pigtail arrays, an overclad layer 9 of about 62.5 μm should be applied. The overclad layer 9 is silica doped with about 8% by mass of B 2 O 2 to reduce the melting temperature and doped with about 1% by mass of GeO 2 to have a refractive index of about 1.458. The dopant levels should be adjusted accordingly to produce waveguides different from single mode operation at 1.3 to 1.55 μm. The cladding material melts for about 20 minutes at a temperature of about 1320 ° C. to become a flat optical waveguide and covers the optical circuit without leaving any gaps in the clad layer.
본 발명의 공정에 의해 제조된 평평한 광도파관은 향상된 광학적 성능을 보여 준다. 측정 중에 유도된 커플링 손실을 포함한 감쇠(attenuations)는 0.02㏈/㎝보다 낮게 측정되었다. 이론적인 커플링 손실이 측정 장치에 의한 것임에도 불구하고 본 발명의 공정에서 제조된 평평한 광도파관에서 계산된 감쇠는 0.01㏈/㎝보다 작다. 이것은 종래의 기술공정에 의한 0.05∼0.1㏈/㎝와 비교된다. 이러한 감소의 실질적인 감소는 재인장(redraw)하는 동안 순조롭고(smoothing) 결점의 감소에 따른 결과라고 생각된다.The flat optical waveguide made by the process of the present invention shows improved optical performance. Attenuations including coupling losses induced during the measurement were measured to be less than 0.02 dB / cm. Although the theoretical coupling loss is due to the measuring device, the attenuation calculated in the flat optical waveguide produced in the process of the present invention is less than 0.01 dB / cm. This is compared with 0.05-0.1 dl / cm by the conventional technical process. The substantial reduction in this reduction is believed to be the result of the smoothing and reduction of the defects during redraw.
본 발명의 다른 하나의 실시예는 광회로 패턴에서 하나 이상의 평평한 광학장치를 결합시킨 것이다. 또 다른 선택적인 실시예는 매스터 석판 패턴을 사용하는 코팅된 평평한 광유리막대의 일부를 연속적으로 노출시킴에 의한 일련의 평평한 광학 장치에 대한 공정이다.Another embodiment of the invention combines one or more flat optics in an optical circuit pattern. Another alternative embodiment is a process for a series of flat optical devices by successively exposing a portion of a coated flat glass glass rod using a master slab pattern.
또 다른 실시예는 유리막대의 영역을 미리 선정된 광회로 매스터 마스크에 연속적으로 노출시키는 장치에 유리막대를 주입함으로써 더 긴 길이를 갖는 평평한 광유리막대를 제조하는 공정이다. 이것은 제14(a)도에 도시하였는데 크롬 코팅(7) 및 유기 감광성 코팅(8)으로 코팅된 긴 평평한 광유리막대(22)는 상기 긴 평평한 광유리막대(22)의 연속적인 영역을 노출시키기 위하여 매스커 마스크(23)에 배열시키는 기계로 이동시킨다. 상기 노출된 긴 평평한 광유리막대(22)는 상술한 대로 에칭되고 각각의 평평한 광도파관으로 절단된다. 또는, 제14(b)도에 도시한 바와 같이, 특정 광회로 패턴(24a, 24b 및 24c)으로 각각 제조되는 다수의 매스터 마스크(24)는 상기 긴 평평한 광유리막대가 노출 위치로 이동된 것과 같이, 상기 긴 평평한 광유리막대(22) 위의 위치로 인덱스(index) 될 수 있다. 이러한 방법에서, 하나의 긴 평평한 광유리막대(22)는 여러 개의 다른 유형의 평평한 광도파관을 제조하는데 사용될 수 있다.Another embodiment is a process for producing a flat light glass rod having a longer length by injecting a glass rod into a device that continuously exposes an area of the glass rod to a predetermined optical circuit master mask. This is illustrated in Figure 14 (a), in which the long flat glass bar 22 coated with the chrome coating 7 and the organic photosensitive coating 8 exposes a continuous area of the long flat light glass bar 22. In order to arrange on the mask mask 23. The exposed long flat light glass rod 22 is etched as described above and cut into each flat optical waveguide. Alternatively, as shown in FIG. 14 (b), a plurality of master masks 24, each made of specific optical circuit patterns 24a, 24b, and 24c, are moved as the long flat light glass rod is moved to the exposed position. It may be indexed to a position on the long flat light glass rod 22. In this way, one long flat light glass rod 22 can be used to manufacture several different types of flat light waveguides.
한편, 미리 선정된 굴절율 프로파일을 형성하는 또 다른 방법은 신장하지 않은 기질(1)에서 미리 선정된 광회로 패턴과 일치하는 정확한 치수의 홈(10)을 에칭하고, 제10(a)도에 도시한 바와 같이 수트침적, 졸-겔 또는 슬러리 주조기술을 사용하여 상기 홈에 물질(11)을 채우는 것이다. 상기 물질(11)의 굴절율은 기질의 굴절율과는 다르다. 교차 결합층(cross-connect layer, 12)은 상술한 수트침적기술을 사용하여 적용될 수 있다. 결과적인 구조물은 상술한 바와 같이 용융되고 신장된다. 용융된 구조물은 미리 선정된 광회로 패턴을 더 명확히 하기 위해 필요하기 때문에 상술한 바와 같이 에칭한다. 특히, 제10(b)도에 도시한 바와 같이, 교차 결합 통로(13)를 남기고, 교차 결합층(12)의 영역을 제거할 수 있다.On the other hand, another method of forming the preselected refractive index profile is to etch the grooves 10 of the correct dimensions to match the preselected optical circuit pattern on the unstretched substrate 1, as shown in FIG. As described above, the groove 11 is filled with the material 11 using soot deposition, sol-gel or slurry casting techniques. The refractive index of the material 11 is different from the refractive index of the substrate. The cross-connect layer 12 may be applied using the soot deposition technique described above. The resulting structure is melted and stretched as described above. The molten structure is etched as described above because it is needed to further clarify the preselected optical circuit pattern. In particular, as shown in FIG. 10 (b), it is possible to remove the region of the crosslinking layer 12, leaving the crosslinking passage 13.
또 다른 방법은 제11(a)도에 도시한 바와 같이, 미리 선정된 광회로 패턴과 일치하게 기질(1)에 정확한 치수 홈(14)을 에칭한다. 그 후에 적어도 하나의 형태(예를 들면, 원형, 정방형, 타원형 또는 D-형)의 광섬유 예형 또는 바람직한 굴절율 프로파일(예를 들면, 단계 또는 등급)을 갖는 코아 영역(16, 16′)을 갖는 큰 코아 광섬유(15)(이하, 광섬유 예형(15)이라 한다)를 홈(14)의 적어도 하나에 위치시킨다. 광섬유 예형은 선택적으로 코아만으로 이루어질 수도 있다. 또한, 압력유도물질(stress inducing materials) 또는 요소(members)가 압력 복굴절(stress birefringence)을 제공하기 위해 포함될 수 있다.Another method etches the correct dimensional grooves 14 in the substrate 1 in accordance with a preselected optical circuit pattern, as shown in FIG. 11 (a). Then large with a core region 16, 16 'having at least one shape (e.g., circular, square, elliptical or D-shaped) or a desired refractive index profile (e.g., step or grade). The core optical fiber 15 (hereinafter referred to as optical fiber preform 15) is positioned in at least one of the grooves 14. The optical fiber preform may optionally consist of core only. In addition, stress inducing materials or members may be included to provide stress birefringence.
제11(a)도에서 광섬유 예형(15)은 코아 영역(16)을 노출시키기 위해 분쇄된다. 광섬유 예형(15)은 그 광축(optical axis)이 기질의 신장축에 평행하도록 기질 위에 위치한다.In FIG. 11 (a), the optical fiber preform 15 is crushed to expose the core region 16. The optical fiber preform 15 is positioned above the substrate such that its optical axis is parallel to the elongation axis of the substrate.
또 다른 실시예에서, 광섬유 예형은 홈이 없는 평평한 기질에 위치시켜 재코팅될 수 있다. 어라이먼트 돌출부(alignment projection) 또는 긴 홈(grooves)이 섬유의 위치를 정하는데 도움이 되도록 유리막대에 포함될 수도 있다. 상기 광섬유 예형의 형태는 신장하는 동안 예상된 변화에 근거하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 원형의 코아가 타원형의 코아로 변형될 수 있다. 형태 변화는 수트 두께를 한정시키고 또한 딱딱한(stiff) 크래딩을 갖는 형상화된 블랭크를 사용함으로써 어느 정도 제어될 수 있다.In another embodiment, the optical fiber preform can be recoated by placing it on a flat substrate without grooves. Alignment projections or elongated grooves may be included in the glass rod to help position the fibers. The shape of the optical fiber preform can be selected based on the expected change during stretching. For example, a circular core may be transformed into an elliptical core. Morphological changes can be controlled to some extent by limiting the soot thickness and by using shaped blanks with stiff cladding.
적당한 굴절율의 교차결합층(17)은 광섬유 예형(15) 위에 위치시키고 상술한 바와 같이 용융된다. 교차결합층(17)은 제11(a)도에 도시한 바와 같이 광섬유 예형(15)의 표면에 접촉시킬 수 있고, 제11(b)도에 도시한 바와 같이 광섬유 예형(15)의 위로 미리 선정된 거리에 떨어져 위치시킬 수 있다. 보호용 오버크래드층(18)은 수트침적, 졸-겔 또는 슬러리 주조 기술을 사용하여 제11(c)도에 도시한 바와 같이 교차결합층(17) 위에 적용될 수 있다. 상기 보호층은 고화(consolidation)하는 동안 도펀트 물질의 혼화(contamination) 및/또는 확산(diffusion)을 감소시킨다.An appropriate refractive index crosslinking layer 17 is placed over the optical fiber preform 15 and melted as described above. The crosslinking layer 17 can be brought into contact with the surface of the optical fiber preform 15 as shown in FIG. 11 (a), and in advance above the optical fiber preform 15 as shown in FIG. 11 (b). Can be located away at a selected distance. The protective overclad layer 18 may be applied over the crosslinked layer 17 as shown in Figure 11 (c) using soot deposition, sol-gel or slurry casting techniques. The protective layer reduces contamination and / or diffusion of the dopant material during consolidation.
결과적인 구조물은 상술한 바와 같이 용융된다. 용융된 구조물은 미리 선정된 광회로 패턴을 더 명확히 한정하도록 상술한 바와 같이 신장되고 에칭된다. 제11(c)도에 도시된 바와 같이, 어라인먼트 홈(25)은 적당한 교차결합을 위해 임베드된(embedded) 유리막대 또는 광섬유에 비하여 정확하게 매스터 마스크를 배열시키는데 사용될 수 있다. 상기 홈(25) 대신에 어라인먼트 돌출부가 사용될 수 있다.The resulting structure is melted as described above. The molten structure is stretched and etched as described above to more clearly define the preselected optical circuit pattern. As shown in FIG. 11 (c), the alignment groove 25 can be used to arrange the master mask more accurately than the embedded glass rod or optical fiber for proper crosslinking. An alignment protrusion may be used instead of the groove 25.
간단한 분기 교차 결합층의 일 예를 제12도에 도시하였는데, 신장 공정 후에 도파관 코어(16 및 16′) 사이에 교차 광회로(19)를 남기기 위하여 제11(b)도의 교차결합층(17)을 에칭함으로써 분기 회로(19)가 형성된다. 기질에 임베드된 도파관 전도체(46 및 46′) 사이에 교차 결합을 형성하는 다른 방법은 제13도에 도시된 교차결합 통로(20)를 에칭하는 것이다. 그 후에, 상기 통로는, 수트 침적, 졸-겔 또는 슬러리 주조 기술을 사용하여 요구되는 광 내부결합을 위해 적당한 굴절율을 갖는 물질(21)로 채워진다. 제12도 및 제13도의 실시예에서, 도파관 전도체 및 교차결합회로는 유리로 재코팅되고 고체 도파관 구조를 형성한다.An example of a simple branched crosslinking layer is shown in FIG. 12, where the crosslinking layer 17 of FIG. 11 (b) is used to leave the crossover optical circuit 19 between the waveguide cores 16 and 16 'after the stretching process. By etching the branch circuit 19 is formed. Another way to form crosslinks between the waveguide conductors 46 and 46'embedded in the substrate is to etch the crosslink passage 20 shown in FIG. Thereafter, the passage is filled with a material 21 having a suitable refractive index for the optical interbonding required using soot deposition, sol-gel or slurry casting techniques. In the embodiments of FIGS. 12 and 13, the waveguide conductor and crosslink circuit are recoated with glass and form a solid waveguide structure.
또 다른 실시예에서, 코아층을 포함하는 평평한 광유리막대(신장 후에) 또는 크래딩층의 미리 선정된 두께를 더한 코아층은 코아층에 교차결합패턴을 제공하기 위하여 제15도에 표시된 바와 같이 에칭된다. 상기 교차결합패턴은 기질의 표면으로부터 약 8 마이크론 올라와 있다. 코아(36) 및 크래딩(37)을 갖는 광섬유는 상승된 교차결합회로(39)에 접촉하는 코아 측면에 위치한다. 제15도의 A-A선에 따른 두 광섬유의 단면도가 제16(a)도 및 제16(b)도에 도시되어 있다. 어라인먼트는 유리막대에 형성된 어라인먼트 돌출부(35)로부터 용이할 수 있다. 선택적으로, 어라인먼트 홈은 섬유를 위치시키는 수단에서 대응하는 돌출부에 일치되게 사용될 수 있다. 상기 광섬유는 상승된 교차결합회로에 남도록 하기 위하여 낮은 지수의 에폭시 또는 플라즈마-강화 CVD로 영구적으로 고정된다. 그 후에, 상기 유리막대 및 섬유 집합(assembly)은 피그테일(pigtails)을 갖는 고체 도파관 구조물을 형성하기 위하여 종래의 수단을 이용하여 유리로 재코팅한다. 신장 공정 후에 구조물에 광섬유를 위치시킴으로써 상기 섬유는 피그테일 또는 접목(splicing)으로 피그테일의 부착을 위해 사용될 수 있다.In another embodiment, a flat light glass rod comprising the core layer (after extension) or a core layer plus a predetermined thickness of the cladding layer is etched as indicated in FIG. 15 to provide a crosslinking pattern to the core layer. do. The crosslinking pattern is raised about 8 microns from the surface of the substrate. The optical fiber with the core 36 and the cladding 37 is located on the side of the core that contacts the raised crosslink circuit 39. Cross-sectional views of two optical fibers along line A-A in FIG. 15 are shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b). The alignment may be easy from the alignment protrusion 35 formed in the glass rod. Alternatively, the alignment grooves can be used to match the corresponding protrusions in the means for positioning the fibers. The optical fiber is permanently fixed with low index epoxy or plasma-enhanced CVD to remain in the elevated crosslink circuit. Thereafter, the glass rods and fiber assemblies are recoated with glass using conventional means to form solid waveguide structures having pigtails. By placing the optical fiber in the structure after the stretching process, the fiber can be used for the attachment of the pigtail by pigtail or splicing.
본 발명은 특히 바람직한 실시예를 참조하여 기술하였다. 그러나, 본 발명에 속하는 분야의 전문가는 하기의 특허청구범위에 의해 한정된 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변화 및 수정을 행할 수 있을 것이다. 예를 들면, 비록 본 발명이 단일 모드 도파관 구조물에 대하여 주로 기술되었지만, 도펀트 정도 및 치수의 적당한 변화로 다중 모드(multimode) 도파관 구조물에도 적용될 수 있다.The invention has been described with reference to particularly preferred embodiments. However, one of ordinary skill in the art will be able to make various changes and modifications without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims. For example, although the present invention has been primarily described for single mode waveguide structures, it can be applied to multimode waveguide structures with moderate variations in dopant degree and dimensions.
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